Fiche 27 • Transition de phase (2)
–L e premier principe donne la variation d’enthalpie Δh = Q où Q est le transfert thermique échangé. Par définition, Q est la chaleur latente massique de vaporisation.
Par suite, la variation d’enthalpie massique de vaporisation est :
.
–L ’entropie créée est nulle : S créée = 0, car la transformation est réversible.
L’entropie échangée est
, la température T étant la température de vaporisation
(T ext = T).
Le second principe donne la variation d’entropie massique de vaporisation :
→ Signe des chaleurs latentes de vaporisation L V et de liquéfaction L L
s V (T) > s L (T) ⇒ L V (T) > 0 et L L (T) = T (s L (T) - s V (T)) = - L V (T)
La vaporisation est une transformation endothermique, la liquéfaction une transformation
exothermique.
La chaleur latente de vaporisation décroît avec la température et s’annule au point critique.
Pour l’eau, à T = 373 K, L V = 2 250 kJ.kg –1 .
c Relation de Clapeyron : elle permet d’exprimer la chaleur latente massique à une température T
c Le volume massique de la vapeur est toujours plus grand que celui du liquide. Comme L v et
T sont positives, la pente de la courbe de vaporisation est toujours positive.
b) Discussion du diagramme p–T
c La chaleur latente massique de fusion à la température T est : L f = T(s L – s S ) où s S est
l’entropie massique du solide saturant à la température T.
La chaleur latente massique de sublimation L s est : L s = T(s V – s S ).
Comme s S < s L < s V , L f > 0 et L s > 0.
Pour l’eau : L f (273 K) = 334 kJ.kg –1 et L s (273 K) = 2 830 kJ.kg –1 .
c La pente de la courbe de fusion a le même signe que (v L – v S ).
→ Pour la plupart des corps, v L > v S , le solide « tombe » dans le liquide. La pente de la courbe
de fusion est alors positive.
→ Dans le cas de l’eau, la glace flotte sur l’eau liquide, donc v L < v S . La pente de la courbe de
fusion est alors négative.
c Comme la courbe de vaporisation, la courbe de sublimation a toujours une pente positive.
L V : chaleur latente massique de vaporisation à la température T (J.kg –1 )
T : température de vaporisation (K)
v V – v L : variation de volume massique lors de vaporisation à
la température T (m 3 .kg –1 )
: pente de la courbe de vaporisation
à la température T (Pa.K –1 )
hT hT
LT
VLV ( ) − ( ) = ( )
S
Q
T
éch =
sT sT
LT
T
VL
V
( ) − ( ) =
( )
LT Tv
v
p
T
VV
L
( ) =− (
)
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
d
d vap
d
d vap
p
T
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
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–L e premier principe donne la variation d’enthalpie Δh = Q où Q est le transfert thermique échangé. Par définition, Q est la chaleur latente massique de vaporisation.
Par suite, la variation d’enthalpie massique de vaporisation est :
.
–L ’entropie créée est nulle : S créée = 0, car la transformation est réversible.
L’entropie échangée est
, la température T étant la température de vaporisation
(T ext = T).
Le second principe donne la variation d’entropie massique de vaporisation :
→ Signe des chaleurs latentes de vaporisation L V et de liquéfaction L L
s V (T) > s L (T) ⇒ L V (T) > 0 et L L (T) = T (s L (T) - s V (T)) = - L V (T)
La vaporisation est une transformation endothermique, la liquéfaction une transformation
exothermique.
La chaleur latente de vaporisation décroît avec la température et s’annule au point critique.
Pour l’eau, à T = 373 K, L V = 2 250 kJ.kg –1 .
c Relation de Clapeyron : elle permet d’exprimer la chaleur latente massique à une température T
c Le volume massique de la vapeur est toujours plus grand que celui du liquide. Comme L v et
T sont positives, la pente de la courbe de vaporisation est toujours positive.
b) Discussion du diagramme p–T
c La chaleur latente massique de fusion à la température T est : L f = T(s L – s S ) où s S est
l’entropie massique du solide saturant à la température T.
La chaleur latente massique de sublimation L s est : L s = T(s V – s S ).
Comme s S < s L < s V , L f > 0 et L s > 0.
Pour l’eau : L f (273 K) = 334 kJ.kg –1 et L s (273 K) = 2 830 kJ.kg –1 .
c La pente de la courbe de fusion a le même signe que (v L – v S ).
→ Pour la plupart des corps, v L > v S , le solide « tombe » dans le liquide. La pente de la courbe
de fusion est alors positive.
→ Dans le cas de l’eau, la glace flotte sur l’eau liquide, donc v L < v S . La pente de la courbe de
fusion est alors négative.
c Comme la courbe de vaporisation, la courbe de sublimation a toujours une pente positive.
L V : chaleur latente massique de vaporisation à la température T (J.kg –1 )
T : température de vaporisation (K)
v V – v L : variation de volume massique lors de vaporisation à
la température T (m 3 .kg –1 )
: pente de la courbe de vaporisation
à la température T (Pa.K –1 )
hT hT
LT
VLV ( ) − ( ) = ( )
S
Q
T
éch =
sT sT
LT
T
VL
V
( ) − ( ) =
( )
LT Tv
v
p
T
VV
L
( ) =− (
)
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
d
d vap
d
d vap
p
T
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
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